随着城市轨道交通的快速发展,再生制动能量的有效利用问题被广泛关注。由于超级电容具有功率密度高、循环寿命长等优点,是吸收和利用再生制动能量较为理想的储能元件。在储能系统运行过程中,不同的能量管理策略对系统的节能量和寿命产生不同的影响。本文基于储能系统、变电所和列车之间的潮流计算分析和超级电容单体特性测试,提出了考虑列车运行状态、超级电容自身储能特性和寿命的动态阈值能量管理策略。首先,本文比较分析了超级电容单体模型的优缺点,搭建了适合城轨交通储能应用的超级电容等效电路模型、热模型和寿命模型;利用Arbin测试仪对超级电容单体进行恒电流充放电测试,基于IEC标准和最小二乘法分别对其等效电路模型和热模型进行了参数辨识;利用恒温箱对超级电容进行了高温加速循环寿命测试,并对其健康状态指标即容量C进行监测,测试结果很好地验证了寿命模型的准确性。其次,为了研究列车、整流机组和储能装置三者的能量流动关系,对牵引供电系统各部分进行了建模;基于电流迭代法对含储能装置的牵引供电系统进行了潮流解析,分析了系统的能耗,并根据单列车运行模型和双列车运行模型分析了充电阈值对系统能量流动关系和再生制动能量回收效率的影响,给出了基于列车运行状态的最小临界阈值能量管理策略。同时为了在不影响系统节能量的前提下延长超级电容使用寿命,基于免疫遗传算法对不同充电区间的充电阈值进行了动态序列优化。根据优化结果和潮流解析结果,提出了一种基于充电区间划分的动态阈值能量管理策略以及考虑超级电容老化后的阈值调整策略,并利用北京地铁八通线的实际仿真算例验证了策略的有效性。最后,基于电池/超级电容混合储能平台和RTLAB完成了功率硬件在环实验,利用电池储能装置充放电来跟随牵引网母线电压的波动,同时超级电容储能装置回收列车再生制动能量,实验结果很好地验证了本文提出的动态阈值能量管理策略的有效性。